食品发酵和加工中应用纤维素酶技术

郑晓飞

摘要：纤维素酶，是由蛋白酶、淀粉酶等多种水解酶组成的一个复杂酶系，自然界中很多真菌都能分泌纤维素酶。通常情况下，纤维素酶可分为以下三种：C1酶、Cx酶和β葡糖苷酶。其中，C1酶是对纤维素最初起作用的酶，破坏纤维素链的结晶结构。Cx酶是作用于经C1酶活化的纤维素、分解β-1，4-糖苷键的纤维素酶。β葡糖苷酶可以将纤维二糖、纤维三糖及其他低分子纤维糊精分解为葡萄糖。纤维素酶作为一种能够将纤维素分解为葡萄糖、麦芽糖等的一类酶，近年来，在食品发酵以及加工中都得到了广泛的应用。

关键词：纤维素酶 食品发酵 加工

中图分类号：TS201.25 文献标识码：A 文章编号：1672-5336（2014）08-0028-02

纤维素是高等植物细胞壁的主要组成部分，占植物总干质量的20%-50%，其也是地球上分布最广、含量最丰富的天然可再生性碳水化合物，占地球生物总量的45%。通常情况下，产生纤维素酶的菌种容易退化，导致产酶能力降低。纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称，它不是单成分酶，而是由多种酶共同作用的复合酶。近年来 纤维素酶技术已被使用到食品发酵以及加工等各个行业。目前，生产纤维素酶的主要方法包括：第一，筛选优良菌株，生产出多纤维素酶复合体；第二，用基因工程技术来构建含纤维素酶基因的克隆菌株，产生具有活力的纤维素酶。本文主要对纤维素酶技术在食品发酵及加工中的应用作分析。

1 纤维素酶及获取方式

纤维素酶的来源非常广泛，昆虫、微生物、细菌、放线菌、真菌、动物体内等都能产生纤维素酶，另外，玉米灯农作物秸秆等也能够生产出纤维素酶。纤维素作为一种天然可再生物质，在纤维素酶技术的作用下，纤维素能够被发酵为乙酸、乳酸以及乙醇等含纤维素的物质，小分子的纤维二糖以及葡萄糖等。近年来，食品发酵和加工中均广泛利用到纤维素酶。目前，纤维素酶的生产主要有固体发酵法和液体发酵法。其中，固体发酵法是以玉米等天然的农作物秸秆为主要发酵原料，因其具有投资少，操作简单，价格低廉，易于获得等优势，所以，国内绝大部分纤维素生产厂家均采用该技术生产纤维素酶。实践证明，采用固体发酵法提取以秸秆中的纤维素酶是非常困难的。而液体发酵法以秸秆为原料时，其生产过程主要是将玉米秸秆粉碎到一定程度，并进行灭菌处理，然后送发酵釜内发酵，并加入纤维素酶菌种，发酵的时间夏秋季节约为65h，温度低于60℃；冬季约为72h，温度低于65℃。然后还需采用除菌后的无菌空气从釜低通入进行通气搅拌，发酵完毕后的物料经压滤机板框过滤----超滤浓缩-----喷雾干燥后制得纤维素酶产品。据分析显示：液态发酵法具有培养的温度、湿度、时间等容易控制，所以在制作过程中有不易染杂菌，生产效率高等优势，目前已成为广泛引用的办法。

2 纤维素酶技术在食品发酵中的应用

纤维素酶作为一种生态健康的复合酶，在食品发酵以及加工中得到了广泛的使用。例如，制酒、酱油酿造、味精、食用醋的酿造等都应用了纤维素酶技术。本文对部分食品发酵中纤维素酶的使用做介绍。

2.1 制酒

制酒原料通常为玉米、高粱等，这些原料中含有大量的淀粉以及少量的纤维素、半纤维素以及碳水化合物等物质。这些物质不能被淀粉酶直接利用，但是其能够被纤维素酶分解，并产生出可发酵性糖。通常情况下，在制酒原料中加入纤维素酶后，原料中所含有的纤维素成分就会被纤维素酶中的C1以及Cx分解成为纤维二塘，纤维二塘又会被β-葡萄甘酶分解为葡萄糖，形成的葡萄糖被酵母发酵成为酒精。

制酒中纤维素酶技术的使用主要是在酒精发酵时，添加适量的纤维素酶能够提高酒精和白酒的出酒率以及酒的纯度以及就得味道等。同时，还能降低酒精溶液的粘度，缩短发酵时间，使得酒味香醇。据调查显示，纤维素酶技术的使用能够使酒的纯度提高4.5%左右。而纤维素酶技术在制酒中影响较大，主要是因为部分纤维素分解成葡萄糖供酵母使用以及纤维素酶对植物细胞壁的分解，有利于淀粉的释放和被利用等优势的存在。同样，在啤酒生产过程中，纤维素酶技术的使用能够提高麦粒的溶解度，加快发芽的速度，改善过滤性能。

2.2 酱油酿造

酱油作为一种富含身体所需营养物质的调味品。它能够将无味蛋白质、淀粉等原料发酵，在各种酶的作用下，便会形成氨基酸以及甘油等呈味物质。在后期发酵中，加入食盐即可形成新鲜的调味品。

酿造酱油过程中纤维素酶技术的作用：在酱油的酿造过程中添加适量的纤维素酶，目的是使大豆类原料的细胞膜膨胀软化破坏，使包藏在细胞中的蛋白质和碳水化合物释放，以提高酱油的浓度，保证酱油的质量，同时还可缩短酱油的生产时间，提高酱油生产率，增加酱油产量。

纤维素酶技术在酱油发酵中应用的作用原理包括三个方面。第一，纤维素酶能够是原料中的纤维素成分得到分解；第二，纤维素酶能够破坏制造酱油使用的原料中谷物的细胞壁；第三，纤维素酶能够结合米曲霉在制造酱油中产生作用。

2.3 味精制造

味精的生产原料为小麦、淀粉等。在味精生产的过程中，加入纤维素酶使得淀粉液化反应快，蛋白絮凝好，还能加快糖水过滤速度，提高所得糖液透光效果，能改善生产成品后的味精味道，增加味精产量。

2.4 食用醋的酿造

食用醋的酿造中，纤维素酶技术的使用主要就是将适量的纤维素酶和糖化酶混合使用以提高食用醋的纯度以及出品率。有调查显示，使用纤维素酶技术发酵的食用醋的出品率能够提高6%-15%，食用醋的纯度能够提高2%。

纤维素酶技术在食用醋酿造中的应用提高了食用醋的纯度浓度，還能优化食用醋的味道。

3 纤维素酶在食品加工中的应用

3.1 大豆加工中的应用

在大豆加工过程中，加入纤维素酶，可促使大豆脱皮。同时，由于它能使细胞壁破坏，使包含其中的蛋白质、油脂完全分离出来，增加从大豆和豆饼中提取优质水溶性蛋白质和油脂的量，在降低了生产成本的同时，还缩短了加工时间，提高了加工效率。

3.2 饮料加工中的应用

在各类饮料加工中，例如豆制品饮料的加工，用纤维素酶处理豆腐渣后融合乳酸菌进行发酵，即可制得营养、美味的发酵饮料。另外，在各类果蔬饮料的加工中，可将纤维素酶放入果蔬榨汁、花粉饮料中，能够提高汁液的提取率（约12%）以及促进汁液澄清率，使汁液透明，不沉淀，色彩鲜艳。有报道显示，已有已成功地将柑橘皮渣用纤维素酶分解后制取全果饮料的实例，这些饮料中的粗纤维有40%-50%降解为短链低聚糖，也就是全果饮料中的膳食纤维，在医疗保健中作用显著。

在果品和蔬菜加工过程中如果采用纤维素酶技术适当处理，可使植物组织软化膨松，能提高可消化性和口感。

3.3 茶叶加工中的应用

近年来，速溶茶因其携带方便，饮用简单，饮用后不留渣等优势的存在，被广大群众所接受，在生产过程中，通常采用热水浸提法提取茶叶中的有效成分。但是，如果在提取的过程中，浸泡时放入适量的纤维素酶能够缩短提取的时间，还能提高提取的质量，保证茶叶的色泽、香味、性能等。

3.4 烟草品质改良中的应用

近年来，烟草销量一直居高不下，利用纤维素酶混合现代的新兴技术融合，能够将次级烟草中的烟叶和烟梗中的木质纤维部分降解，降解物质又能够提高烟草品质的可溶性糖类、有机酸以及氨基酸等成分。经过该方式处理后加工而成的烟草，降低了生产成本的同时，也降低了烟草中尼古丁、焦油的含量。

4 结语

综上所述，纤维素酶本身是一种由蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和纤维素酶等组成的多酶复合物，在这种多酶复合体系中一种酶的产物可以成为另一种酶的底物。

纤维素酶技术应用中使用的纤维素酶大多数属于植物纤维，植物纤维作为一种含有大量纤维素、半纤维素的地球上丰富而又廉价的可再生资源。在食品发酵中，可以将这些纤维素和半纤维素酶降解成为可发酵的糖类，例如葡萄糖，麦芽糖等，进而又可通过发酵制取酒精、单细胞蛋白、有机酸、甘油、丙酮等重要原料。纤维素酶除直接分解纤维素，促进其分解为易被动物所消化吸收的低分子化合物外，纤维素酶因其活性会随着PH值、温度、湿度以及盐离子等的浓度、密度的改变而改变，并且来源非常广泛，并且成本低。目前，广泛应用与食品发酵以及加工行业。

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